Identificação de Metabólitos Secundários na Área Farmacêutica

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CENTRO UNIVERSITÁRIO NOSSA SENHORA DO PATROCÍNIO – CRUZEIRO DO SUL 
VANUSA DE OLIVEIRA RGM: 0772290
Identificação de metabólitos secundários aplicada à área farmacêutica.
Itu
2020
CENTRO UNIVERSITÁRIO NOSSA SENHORA DO PATROCÍNIO – CRUZEIRO DO SUL 
VANUSA DE OLIVEIRA RGM: 0772290
Identificação de metabólitos secundários aplicada à área farmacêutica.
Trabalho sobre Identificação de metabólitos secundários aplicada à área farmacêutica, apresentado ao curso de Farmácia do Centro Universitário Nossa Senhora do Patrocínio – Cruzeiro do Sul como requisito parcial da nota de Farmacognósia.
Professora: Lidiane Ruiz Tonon
Itu
2020
Sumário
INTRODUÇÃO	4
2.DESENVOLVIMENTO	5
2.1 Categorias e protocolo de identificação	5
2.1.1. Plantas 	7
2.1.2. Metabólitos secundários bacterianos 	8
2.1.3 Metabólitos secundários de fungos 	9
2.2 Implicações para a saúde humana 	9
2.3 Metabólitos secundários das plantas na medicina 	10
2.4 Abordagem biotecnológica 	12
CONCLUSÕES	14
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS	15
INTRODUÇÃO
Os metabólitos secundários são compostos orgânicos produzidos por bactérias, fungos ou plantas que não estão diretamente envolvidos no crescimento, desenvolvimento ou reprodução normal do organismo. Ao contrário dos metabólitos primários, a ausência de metabólitos secundários não resulta em morte imediata, mas em um comprometimento a longo prazo da capacidade de sobrevivência, fecundidade ou estética do organismo, ou talvez em nenhuma mudança significativa. Segundo Bougaud (2001), metabólitos secundários específicos são frequentemente restritos a um conjunto estreito de espécies dentro de um grupo filogenético. Os metabólitos secundários geralmente desempenham um papel importante na defesa das plantas contra herbivoria e outras defesas interespécies. Os seres humanos usam metabólitos secundários como medicamentos, aromas, pigmentos e drogas recreativas.
De acordo com Jones (1953), o termo metabolito secundário foi cunhado pela primeira vez por Albrecht Kossel, laureado com o Prêmio Nobel de 1910 em medicina e fisiologia em 1910. Trinta anos depois, o botânico polonês Friedrich Johann Franz Czapek descreveu os metabólitos secundários como produtos finais do metabolismo do nitrogênio.
Os metabólitos secundários ajudam um hospedeiro em funções importantes, como proteção, competição e interações entre espécies, mas não são necessárias para a sobrevivência. Uma qualidade definidora importante dos metabólitos secundários é sua especificidade. Geralmente, metabólitos secundários são específicos para uma espécie individual, embora haja evidências consideráveis de que a transferência horizontal entre espécies ou gêneros de vias inteiras tenha um papel importante na evolução bacteriana (e, provavelmente, fúngica). 
Segundo trabalhos de Pichersky (2000), o metabolismo secundário pode afetar diferentes espécies de maneiras variadas. Na mesma floresta, quatro espécies separadas de folívoros marsupiais arbóreos reagiram de maneira diferente a um metabólito secundário em eucaliptos. Isso mostra que diferentes tipos de metabólitos secundários podem ser divididos entre dois nichos ecológicos de herbívoros. Além disso, certas espécies evoluem para resistir aos metabólitos secundários e até mesmo usá-los para seu próprio benefício. Por exemplo, as borboletas-monarca evoluíram para poder ingerir serralha (Asclepias), apesar do metabólito secundário tóxico que ela contém. Essa habilidade também permite que a borboleta e a lagarta sejam tóxicas para outros predadores devido à alta concentração de metabólitos secundários consumidos.
2.DESENVOLVIMENTO
2.1 Categorias e protocolo de identificação
A maioria dos metabólitos secundários de interesse da humanidade se enquadra em categorias que os classificam com base em sua origem biossintética. 
Como os metabólitos secundários costumam ser criados por metabolitos primários sintetizados modificados, ou "emprestam" substratos de origem metabólica primária, essas categorias não devem ser interpretadas como dizendo que todas as moléculas da categoria são metabólitos secundários (por exemplo, a categoria esteróide), mas sim que existem metabólitos secundários nessas categorias.
De acordo com Springbob (2009), um protocolo típico para isolar um agente químico puro de origem natural é o fracionamento guiado por bioensaio, o que significa separação passo a passo dos componentes extraídos com base nas diferenças em suas propriedades físico-químicas e avaliação da atividade biológica, seguida pela próxima rodada de separação e análise. 
Tipicamente, esse trabalho é iniciado após uma dada formulação de medicamento em bruto (normalmente preparada por extração com solvente do material natural) é considerada "ativa" em um ensaio in vitro específico. Se o objetivo final do trabalho em questão é identificar qual das pontuações ou centenas de compostos são responsáveis pela atividade in vitro observada, o caminho para esse fim é bastante direto:
1. fraccionar o extrato bruto, por exemplo, por partição de solvente ou cromatografia.
2. testar as frações geradas com o ensaio in vitro.
3. repita as etapas 1) e 2) até obter compostos ativos puros.
4. determinar a (s) estrutura (s) do (s) composto (s) ativo (s), tipicamente usando métodos espectroscópicos.
A atividade in vitro não se traduz necessariamente em atividade em seres humanos ou em outros sistemas vivos.
2.1.1 Plantas
Conforme Korkina et al. (2018), as plantas são capazes de produzir e sintetizar diversos grupos de compostos orgânicos e são divididas em dois grupos principais: metabólitos primário e secundário. Os metabólitos secundários são intermediários metabólicos ou produtos que não são essenciais para o crescimento e a vida das plantas produtoras, mas são necessários para a interação das plantas com seu ambiente e produzidos em resposta ao estresse. Suas propriedades antibióticas, antifúngicas e antivirais protegem a planta contra patógenos. Alguns metabólitos secundários, como o fenilpropanóide, protegem as plantas dos danos causados pelos raios UV. 
Segundo Pravav (2013), os efeitos biológicos dos metabólitos secundários das plantas em humanos são conhecidos desde os tempos antigos. A erva artemisia annua que contém Artemisinina, tem sido amplamente utilizado na medicina tradicional chinesa há mais de dois mil anos. Os metabólitos secundários das plantas são classificados por sua estrutura química e podem ser divididos em quatro classes principais: terpenos, fenólicos, glicosídeos e alcalóides.
Os terpenos constituem uma grande classe de produtos naturais compostos por unidades de isopreno. Os terpenos são apenas hidrocarbonetos e os terpenóides são hidrocarbonetos oxigenados. A fórmula molecular geral dos terpenos se dá por múltiplos de (C 5 H 8) n, em que 'n' é o número de unidades de isopreno ligadas. Portanto, os terpenos também são denominados como compostos isoprenóides. A classificação é baseada no número de unidades de isoprene presentes em sua estrutura. (PRANAV, 2013).
Um fenólico é um composto químico caracterizado pela presença de estrutura de anel aromático contendo um ou mais grupos hidroxila. Os fenólicos são os metabólitos secundários mais abundantes das plantas, variando de moléculas simples, como o ácido fenólico, a substâncias altamente polimerizadas, como os taninos. Classes de fenólicos foram caracterizadas com base em seu esqueleto básico.
Um glicosídeo é uma molécula na qual o carboidrato está ligado por uma ligação glicosídica a uma fração não-carboidrato contendo um grupo hidroxila. O açúcar mais comumente encontrado nos glicosídeos é a glicose. Entre o grupo diversificado de glicosídeos, três são os mais importantes. São saponinas, glicosídeos cardíacos e glicosídeos cianogênicos.
Alcalóides: são um grupo diversificado de compostos básicos que contêm nitrogênio. Eles normalmente são derivados de fontes vegetais e contêm um ou mais átomos de nitrogênio. Quimicamente eles são muito heterogêneos. Com base em estruturas químicas, eles podem ser classificados emduas grandes categorias: Alcalóides não heterocíclicos ou atípicos, por exemplo, hordenina ou N- metiletiramina, colchicina, taxol e Alcalóides heterocíclicos ou típicos, por exemplo quinina, cafeína e nicotina. (PRANAV, 2013)
2.1.2 Metabólitos secundários bacterianos 
Segundo Gokulan et al. (2014), a produção bacteriana de metabólitos secundários começa na fase estacionária como consequência da falta de nutrientes ou em resposta ao estresse ambiental. A síntese secundária de metabólitos nas bactérias do Rio de Janeiro não é essencial para o seu crescimento, no entanto, elas lhes permitem interagir melhor com seu nicho ecológico. As principais vias sintéticas da produção secundária de metabólitos em bactérias são; b-lactama, oligossacarídeo, shiquimato, policetídeo e vias não ribossômicas.
Muitos metabólitos secundários bacterianos são tóxicos para mamíferos. Quando secretados, esses compostos venenosos são conhecidos como exotoxinas, enquanto os encontrados na parede celular procariótica são endotoxinas. 
Um exemplo de um metabólito secundário bacteriano com efeito positivo e negativo em humanos é a toxina botulínica sintetizada pelo clostridium botulinum. Essa exotoxina geralmente se acumula em alimentos enlatados incorretamente e, quando ingerida, bloqueia a neurotransmissão colinérgica, causando paralisia ou morte muscular. No entanto, a toxina botulínica também tem vários usos médicos, como tratamento da espasticidade muscular, enxaqueca e uso de cosméticos. (GOKULAN, 2014).
2.1.3 Metabólitos secundários de fungos 
De acordo com Boruta (2018), as três principais classes de metabólitos secundários fúngicos são: policetídeos, peptídeos não-ribossômicos e terpenos. Embora as SMs fúngicas não sejam necessárias para o crescimento, elas desempenham um papel essencial na sobrevivência de fungos em seu nicho ecológico. 
O metabólito secundário fúngico mais conhecido é a penicilina descoberta por Alexander Fleming em 1928. Mais tarde em 1945, Fleming ao lado de Ernst Chain e Howard Florey recebeu um Prêmio Nobel por sua descoberta, que foi fundamental na redução do número de mortes na Segunda Guerra Mundial em mais de cem mil. (CONNIFF, 2014)
Segundo Zhao et al. (2013), a lovastatina foi o primeiro metabólito secundário aprovado pela FDA para reduzir os níveis de colesterol. Lovastatina ocorre naturalmente em baixas concentrações em cogumelos ostra, vermelho levedura de arroz, e Pu-erh. O modo de ação da Lovastatina é a inibição competitiva da HMG-CoA redutase e uma enzima limitadora de taxa responsável pela conversão de HMG-Coa em mevalonato.
Os metabólitos secundários fúngicos também são conhecidos por serem perigosos para os seres humanos. Claviceps purpurea, um membro do grupo de fungos Ergot que cresce tipicamente em centeio, resulta em morte quando ingerido. O acúmulo de alcalóides venenosos encontrados no Claviceps purpurea leva a sintomas como convulsões e espasmos, diarréia, parestesias, coceira, psicose ou gangrena. Atualmente, a remoção dos corpos de ergot requer colocar o centeio em solução salina com grãos saudáveis afundando e flutuando infectado. 
2.2 Implicações para a saúde humana 
A maioria dos nutracêuticos polifenóis de origem vegetal deve sofrer transformações intestinais, pelas enzimas microbiota e enterócitos, para ser absorvida nos níveis de enterócitos e colonócitos. Isso gera diversos efeitos benéficos para o consumidor, incluindo uma vasta gama de efeitos protetores contra vírus, bactérias e parasitas protozoários.
Os metabólitos secundários também têm um forte impacto nos alimentos que os humanos comem. Alguns pesquisadores acreditam que certos voláteis metabólicos secundários são responsáveis pelas preferências alimentares humanas que podem ser evolutivamente baseadas em alimentos nutricionais. Esta área de interesse não foi completamente pesquisada, mas tem implicações interessantes para a preferência humana. Muitos metabólitos secundários ajudam a planta a obter nutrientes essenciais, como o nitrogênio. Por exemplo, as leguminosas usam flavonóides para sinalizar uma relação simbiótica com bactérias fixadoras de nitrogênio (rizóbio) para aumentar sua captação de nitrogênio. Portanto, muitas plantas que utilizam metabólitos secundários são ricas em nutrientes e vantajosas para o consumo humano. (GOFF, 2006).
2.3 Metabolitos secundários das plantas na medicina 
Muitos medicamentos usados na medicina moderna são derivados de metabólitos secundários de plantas. Os dois terpenóides mais conhecidos são Artemisinina e Taxol ®. A artemisinina foi amplamente utilizada na medicina tradicional chinesa e mais tarde redescoberta como um poderoso antimalárico por um cientista chinês Tu Youyou. Mais tarde, ela recebeu o Prêmio Nobel pela descoberta em 2015. 
Atualmente, o parasita da malária, Plasmodium falciparum, tornou-se resistente à artemisinina sozinho e a Organização Mundial da Saúde recomenda seu uso com outros medicamentos antimaláricos para uma terapia bem-sucedida. Paclitaxel, o composto ativo encontrado no Taxol, é um medicamento quimioterápico usado para tratar muitas formas de câncer, incluindo câncer de ovário, câncer de pulmão, sarcoma de Kaposi, câncer de colo do útero e câncer de pâncreas. O taxol foi isolado pela primeira vez em 1973 a partir de cascas de uma árvore conífera, o Teixo do Pacífico. 
Segundo Kastelic (2008), a morfina e a codeína pertencem à classe dos alcalóides e são derivadas das papoilas de ópio. A morfina foi descoberta em 1804 por um farmacêutico alemão Friedrich Sertürnert. Foi o primeiro alcalóide ativo extraído da papoula do ópio. É conhecida principalmente por seus fortes efeitos analgésicos, no entanto, a morfina também é usada para tratar a falta de ar e o tratamento da dependência de opiáceos mais fortes, como a heroína. Apesar de seus efeitos positivos nos seres humanos, a morfina tem efeitos adversos muito fortes, como dependência, desequilíbrio hormonal ou constipação. Devido à sua natureza altamente viciante, a morfina é uma substância estritamente controlada em todo o mundo, usada apenas em casos muito graves, com alguns países subutilizando-a em comparação com a média global devido ao estigma social ao seu redor. 
A codeína, também um alcalóide derivado da papoula do ópio, é considerada a droga mais amplamente usada no mundo, de acordo com a Organização Mundial da Saúde. Foi isolado pela primeira vez em 1832 por um químico francês Pierre Jean Robiquet, também conhecido pela descoberta de cafeína e um corante vermelho amplamente utilizado alizarina. (WISNIAK, 2013)
Primeiramente, a codeína é usada no tratamento de dores leves e alívio da tosse, embora em alguns casos seja usada no tratamento da diarréia e de algumas formas da síndrome do intestino irritável. A codeína tem a força de 0,1-0,15 em comparação com a morfina ingerida por via oral, portanto, é muito mais seguro de usar. Embora a codeína possa ser extraída da papoula do ópio, o processo não é viável economicamente devido à baixa abundância de codeína pura na planta. Um processo químico de metilação da morfina muito mais abundante é o principal método de produção. (HEUMANN, 1958).
A atropina é um alcalóide encontrado pela primeira vez na Atropa belladonna, um membro da família das solanásceas. A atropina pura foi extraída pela primeira vez no século 19, no entanto, seu uso médico remonta ao século IV aC, onde era usado para feridas, gota e insônia. Atualmente, a atropina é administrada por via intravenosa no tratamento da bradicardia e como antídoto ao envenenamento por organofosfato. A sobredosagem com atropina pode levar a envenenamento por atropina, o que resulta em efeitos secundários como visão turva, náusea, falta de sudorese, boca seca e taquicardia. (ULBRICHT et al. 2004).
O resveratrol é um flavonoide pertencente à família dos fenólicos. É altamente abundante em uvas, mirtilos, framboesas e amendoins. É comumente usado como um complemento dietético para prolongar a vida e reduzir o risco de câncer e doenças cardíacas, no entanto, não há fortes evidências quesustentem isso. Apesar de não haver fortes evidências do uso de flavonoides de resveratrol no geral, têm efeitos benéficos para os seres humanos. Por exemplo, alguns estudos mostraram que os flavonoides têm atividade antibiótica direta. Vários estudos in vitro e limitados in vivo mostraram que flavonoides, como a quercetina possui atividade sinérgica com antibióticos e é capaz de suprimir as cargas bacterianas. (PANCHE, 2016).
A digoxina é um glicósido cardíaco derivado pela primeira vez por William Withering em 1785 da planta da Fox Glove. É normalmente usado para tratar problemas cardíacos, como fibrilação atrial, flutter atrial ou insuficiência cardíaca. No entanto, a digoxina pode ter efeitos colaterais como náusea, bradicardia, diarréia ou até arritmia com risco de vida.
2.4 Abordagens biotecnológicas
Segundo trabalhos de Drewnowski (2000), a criação seletiva foi usada como uma das primeiras técnicas biotecnológicas utilizadas para reduzir os metabólitos secundários indesejados nos alimentos, como a naringina, que causa amargura na toranja. Em alguns casos, aumentar o conteúdo de metabólitos secundários em uma planta é o resultado desejado. Tradicionalmente, isso era feito usando técnicas de cultura de tecidos vegetais in vitro que permitem: controle das condições de crescimento, mitigação da sazonalidade das plantas ou protegê-las de parasitas e micróbios nocivos. A síntese de metabólitos secundários pode ser aprimorada ainda mais com a introdução de elicitadores em uma cultura de tecidos, como ácido jasmônico, UV-B ou ozônio. Esses compostos induzem o estresse em uma planta, levando ao aumento da produção de metabólitos secundários.
Para aumentar ainda mais o rendimento dos metabólitos secundários, novas abordagens foram desenvolvidas. Uma nova abordagem usada pela Farmacêutica Evolva utiliza linhagens de levedura recombinante S.cervisiae para produzir metabólitos secundários normalmente encontrados em plantas. O primeiro composto químico de sucesso sintetizado pela Evolva foi a vanilina, amplamente utilizada na indústria de bebidas alimentícias como aromatizante. O processo envolve a inserção do gene do metabólito secundário desejado em um cromossomo artificial na levedura recombinante, levando à síntese de vanilina. Atualmente, a Evolva produz uma ampla gama de produtos químicos, como estévia, resveratrol ou nootkatone.
Com o desenvolvimento de tecnologias recombinantes, o Protocolo de Nagoya sobre Acesso a Recursos Genéticos e a Partilha Justa e Equitativa de Benefícios Resultantes de sua Utilização para a Convenção sobre Diversidade Biológica foi assinado em 2010. O protocolo regula a conservação e proteção de recursos genéticos para impedir a exploração de países menores e mais pobres. Se os recursos genéticos, proteicos ou de moléculas pequenas provenientes de países da biodiversidade se tornarem lucrativos, um esquema de compensação foi estabelecido para os países de origem. (CANADA, 2011)
CONCLUSÕES
O estudo das propriedades físicas, químicas, bioquímicas e biológicas de medicamentos, substâncias medicamentosas ou potenciais drogas ou substâncias medicamentosas de origem natural, bem como a busca de novos medicamentos de fontes naturais se faz essencial para a humanidade desde os primórdios, pois o conhecimento das moléculas é a base para o desenvolvimento de medicamentos e tratamentos, frente aos patógenos inorgânicos, mas principalmente à evolução constante dos patógenos vivos.
O conhecimento da farmacognosia pelos profissionais de saúde é considerado a base para o desenvolvimento dos tratamentos que o profissional realiza. O aprofundamento dos estudos frente à necessidade na qual o profissional se dispõe é constante, tendo em vista a constante evolução nos conceitos de biotecnologia e ciência farmacêutica, o que abre vasto território para o aprimoramento profissional.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BORUTA, Tomasz. "Uncovering the repertoire of fungal secondary metabolites: From Fleming's laboratory to the International Space Station". Bioengineered. 9 (1): 12–16. 2018.
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CANADA, Gov. Nagoya Protocol on Access to Genetic Resources and the Fair and Equitable Sharing of Benefits Arising from their Utilization to the Convention on Biological Diversity : text and annex / Secretariat of the Convention on Biological Diversity. 2011. Disponível em https://www.cbd.int/abs/doc/protocol/nagoya-protocol-en.pdf Acessado em 04 de maio de 2020.
GOFF SA, Klee HJ. "Plant volatile compounds: sensory cues for health and nutritional value?". Science. 311 (5762): 815–9. 2006.
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